(57)【要約】【課題】ハロゲン系腐食性ガス、プラズマ等に対する耐食性に優れており、半導体・液晶製造装置等、特に、プラズマ処理装置用の部材として好適に使用することができるイットリアセラミックス焼結体およびその製造方法を提供する。【解決手段】イットリア粉末に、該イットリア粉末中のイットリアに対して５〜５０重量％のモリブデン、ニオブおよびタンタルのうちの少なくともいずれか１種の粉末を添加し、還元雰囲気下または真空中で、１７００℃以上２０００℃以下で焼成することにより、イットリアに対して５重量％以上５０重量％以下のモリブデン、ニオブおよびタンタルのうちの少なくともいずれか１種が分散し、開気孔率が０．２％以下であり、２０〜４００℃での体積抵抗率が１０6Ω・ｃｍ以上１０13Ω・ｃｍ未満であるイットリアセラミックス焼結体を得る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
イットリアに対して５重量％以上５０重量％以下のモリブデン、ニオブおよびタンタルのうちの少なくともいずれか１種が分散し、開気孔率が０．２％以下であることを特徴とするイットリアセラミックス焼結体。
【請求項２】
２０〜４００℃での体積抵抗率が１０6Ω・ｃｍ以上１０13Ω・ｃｍ未満であることを特徴とする請求項１記載のイットリアセラミックス焼結体。
【請求項３】
イットリア粉末に、該イットリア粉末中のイットリアに対して５〜５０重量％のモリブデン、ニオブおよびタンタルのうちの少なくともいずれか１種の粉末を添加し、アルゴン、ヘリウムもしくは水素雰囲気下または真空中で、１７００℃以上２０００℃以下で焼成し、２０〜４００℃での体積抵抗率が１０6Ω・ｃｍ以上１０13Ω・ｃｍ未満であるイットリアセラミックス焼結体を得ることを特徴とするイットリアセラミックス焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体・液晶製造用等のプラズマ処理装置に好適に用いることができるイットリアセラミックス焼結体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置においては、シリコン、石英ガラス、炭化ケイ素等からなる部材が多用されている（例えば、特許文献１参照）。これらの材質は、製造される半導体ウェーハ等の構成元素であるＳｉ、Ｃ、Ｏが主成分であり、しかも、高純度の部材とすることができるため、ウェーハと接触した場合、または、該部材からその構成成分の蒸気が揮散した場合であっても、ウェーハが汚染されないという利点を有している。
【０００３】
しかしながら、上記のような材質は、ハロゲンガス、特に、フッ素系ガスによる腐食が著しいという欠点を有しており、反応性の高いフッ素、塩素等のハロゲン系腐食性ガスを用いたプラズマプロセスが主流であるエッチング工程、ＣＶＤ成膜工程、レジストを除去するアッシング工程における装置用部材には不向きであった。
【０００４】
このため、上記のような工程においてハロゲンプラズマに曝される部材には、高純度アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、ＹＡＧ等の多孔質セラミックスを用いることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
これらのセラミックスは、ハロゲン系腐食性ガスおよびプラズマに対する耐食性に優れているという特徴を有する一方、いずれも体積抵抗率が１０13Ω・ｃｍ以上と高いという特徴を有していた。このため、帯電しやすく、反応生成物を引き寄せてパーティクルを発生しやすく、ウェーハ汚染を招いていた。
また、体積抵抗率が高いことに起因して、例えば、エッチング工程において、上記のセラミックスからなる部材がウェーハ近傍で使用されると、ウェーハ直上に形成されるイオンシースが不均一となり、ウェーハ面内で均一にエッチングされず、エッチングレートが中心部と外周部で異なるという問題も生じていた。
【０００６】
したがって、プラズマ処理装置に用いられる部材においては、耐プラズマ性に優れ、かつ、体積抵抗率の低い材料、あるいは、体積抵抗率を使用条件に応じて、自在にコントロールすることができる材料が求められていた。
【０００７】
上記のようなセラミックス材料の体積抵抗率を低くする方法としては、例えば、アルミナに、アルカリ金属や遷移金属を含む化合物または酸化チタンの粉末を添加する、あるいはまた、上記のような高抵抗セラミックスに、導電性を示す酸化チタン、酸化タングステン等の金属酸化物、窒化チタン等の金属窒化物、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ケイ素等の金属炭化物等を添加する等の方法が考えられる。
【特許文献１】特開２００２−１５６１９号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した方法により、耐プラズマ性を有する高純度アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、ＹＡＧ等のセラミックスについて、体積抵抗率を低くした場合、耐プラズマ性が劣ることとなり、また、ウェーハを汚染する不純物元素となる成分を含むこととなるため、こられの方法は、実用的な方法とは言えなかった。
【０００９】
また、上記のようなセラミックス材料からなる部材の体積抵抗率は、その気孔率の影響も受けるため、体積抵抗率を低下させるためには、緻密質な焼結体であることが望ましい。このため、例えば、ホットプレス（ＨＰ）、ホットアイソスタティックプレス（ＨＩＰ）等の高温下での特殊な方法を用いて焼結させることが必要となるが、複雑な形状やウェーハの大口径化に対応した大型サイズの部材を製造するには、非常に高コストとなるという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、ハロゲン系腐食性ガス、プラズマ等に対する耐食性に優れており、半導体・液晶製造装置等、特に、プラズマ処理装置用の部材として好適に使用することができるイットリアセラミックス焼結体およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るイットリアセラミックス焼結体は、イットリアに対して５重量％以上５０重量％以下のモリブデン、ニオブおよびタンタルのうちの少なくともいずれか１種が分散し、開気孔率が０．２％以下であることを特徴とする。
このような焼結体をハロゲンプラズマプロセスにおける装置用部材として用いれば、セラミックス部材の帯電によるパーティクルの発生を抑制することができ、また、ウェーハ等のエッチングにおいて、ウェーハ面内でのエッチングレートの均一性を保持することができる。
【００１２】
前記イットリアセラミックス焼結体は、２０〜４００℃での体積抵抗率が１０6Ω・ｃｍ以上１０13Ω・ｃｍ未満であることが好ましい。
体積抵抗率が上記範囲内であるイットリアセラミックス焼結体であれば、上記のパーティクル発生の抑制およびウェーハ面内におけるエッチングレートの均一化において、より効果的である。
【００１３】
また、本発明に係るイットリアセラミックス焼結体の製造方法は、イットリア粉末に、該イットリア粉末中のイットリアに対して５〜５０重量％のモリブデン、ニオブおよびタンタルのうちの少なくともいずれか１種の粉末を添加し、アルゴン、ヘリウムもしくは水素雰囲気下または真空中で、１７００℃以上２０００℃以下で焼成し、２０〜４００℃での体積抵抗率が１０6Ω・ｃｍ以上１０13Ω・ｃｍ未満であるイットリアセラミックス焼結体を得ることを特徴とする。
このような製造方法によれば、上記のようなイットリアセラミックス焼結体が好適に得られる。
【発明の効果】
【００１４】
上述したとおり、本発明に係るイットリアセラミックス焼結体は、ハロゲン系腐食性ガス、プラズマ等に対する耐食性に優れた材料であり、半導体や液晶等の製造工程において、特に、プラズマ処理装置用部材として好適に用いることができる。
さらに、前記イットリアセラミックス焼結体からなる部材を用いれば、ハロゲンプラズマプロセスにおいても、パーティクルの発生が抑制されるため、ひいては、後の工程において製造される半導体チップ等の歩留まり向上に寄与し得る。
また、本発明に係る製造方法によれば、上記のような本発明に係るイットリアセラミックス焼結体を好適に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係るイットリアセラミックス焼結体は、イットリアに対して５重量％以上５０重量％以下のモリブデン、ニオブおよびタンタルのうちの少なくともいずれか１種が分散しており、かつ、開気孔率が０．２％以下であることを特徴とするものである。
このように、それ自体が耐プラズマ性を有するイットリアに、高融点金属であるモリブデン、ニオブまたはタンタルを添加することによって、体積抵抗率を低下させることができる。
すなわち、本発明に係るセラミックス焼結体は、フッ素系、塩素系等のハロゲンプラズマ耐食性に優れており、高融点金属であるモリブデン、ニオブまたはタンタルの添加量によって、体積抵抗率の調整を可能としたものである。
このため、前記焼結体をハロゲンプラズマプロセスにおける装置用部材として用いた場合、セラミックス部材の帯電によるパーティクルの発生を抑制することができ、また、ウェーハ等のエッチングにおいて、ウェーハ面内でのエッチングレートの均一性を保持することができるため、従来の絶縁性セラミックスを用いた場合と比較して、製造される半導体チップ等の歩留まりの向上を図ることができる。
【００１６】
本発明においては、上記のように、イットリアに対するモリブデン、ニオブまたはタンタルの添加量は５〜５０重量％とする。
モリブデン、ニオブまたはタンタルは、いずれかを単独で添加してもよく、あるいはまた、これらの任意の割合の混合物として添加してもよい。
前記添加量が５０重量％を超える場合、該セラミックス焼結体の耐プラズマ性が著しく低下し、該セラミックス焼結体をハロゲンプラズマプロセス装置用部材として用いた場合、該部材の消耗により発生するパーティクルが増加する。
一方、前記添加量が５重量％未満である場合、体積抵抗率はほとんど低下しない。
【００１７】
また、前記イットリアセラミックス焼結体は、開気孔率が０．２％以下と緻密質の焼結体である。
前記開気孔率が０．２％を超える場合、該セラミックス焼結体をハロゲンプラズマプロセス装置用部材として用いた場合、プラズマによって気孔周辺部分が集中的に腐食し、部材自体がエッチングされて、パーティクルが発生しやすくなる。
【００１８】
また、前記イットリアセラミックス焼結体の体積抵抗率は、２０〜４００℃において、１０6Ω・ｃｍ以上１０13Ω・ｃｍ未満であることが好ましい。
前記体積抵抗率が１０13Ω・ｃｍを超える場合、該セラミックス焼結体は、帯電しやすく、該セラミックス焼結体をハロゲンプラズマプロセス装置用部材として用いた場合、パーティクルの発生を抑制することは困難である。また、ウェーハ直上に形成されるイオンシースが不均一になり、該ウェーハ面内におけるエッチングレートが不均一となる。
一方、前記体積抵抗率が１０6Ω・ｃｍ未満である場合、絶縁性が十分とは言えず、この場合も、上記のようなパーティクルの発生の抑制およびエッチングレートの均一化の効果は得られない。
【００１９】
上記のような本発明に係るイットリアセラミックス焼結体は、イットリア粉末に、該イットリア粉末中のイットリアに対して５〜５０重量％のモリブデン、ニオブおよびタンタルのうちの少なくともいずれか１種の粉末を添加し、アルゴン、ヘリウムもしくは水素雰囲気下または真空中で、１７００℃以上２０００℃以下で焼成することにより得ることができる。
焼成温度が１７００℃未満である場合、セラミックス焼結体中に気孔が多く残留し、十分に緻密化されず、上記のような体積抵抗率が低い焼結体とすることができない。
一方、焼成温度が２０００℃を超える場合、結晶粒子が大きくなり過ぎ、強度が著しく低下するため、好ましくない。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
純度９９．９％のイットリア原料粉末に、モリブデン（Ｍｏ）粉末を前記イットリア原料粉末中のイットリアに対して５重量％添加し、スプレードライヤにて造粒した。
得られた造粒粉をＣＩＰにて１５００ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧成形し、得られた成形体（φ２８０ｍｍ×３０ｍｍ）を水素雰囲気下で１８００℃で焼成し、セラミックス焼結体とした。
得られた焼結体について、アルキメデス法により開気孔率を測定した。また、体積抵抗率を、室温（２５℃）にて、４端子法、二重リング法により測定した。
これらの測定結果を表１に示す。
【００２１】
さらに、前記焼結体を研削加工して、プラズマ整流リングを作製した。
これを、ＲＩＥ方式のエッチング装置（使用ガス：ＣＦ4、Ｏ2）に装着して、８インチのシリコンウェーハのエッチング処理を行った後、レーザパーティクルカウンタにより、ウェーハ上の０．３μｍ以上のパーティクル数を測定した。
また、前記ウェーハからチップ（１５ｍｍ×７ｍｍ）を作製し、その歩留まりの評価も行った。
これらの結果を表１に示す。
【００２２】
［実施例２〜１０、比較例１〜１０］
イットリア原料粉末中のイットリアに対して、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）またはタンタル（Ｔａ）の粉末を、それぞれ、表１の実施例２〜１０、比較例１〜１０に示す量添加し、それ以外については、実施例１と同様にして、セラミックス焼結体を作製した。
各焼結体について、実施例１と同様に、開気孔率および体積抵抗率を測定し、また、プラズマ整流リングとした場合のウェーハのパーティクル数の測定およびチップの歩留まりの評価も行った。
これらの結果をまとめて表１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１から分かるように、イットリアに対するモリブデン、ニオブまたはタンタルのうちの少なくともいずれか１種の添加量が５重量％以上５０重量％以下であり、かつ、開気孔率が０．２％以下であるイットリアセラミックス焼結体（実施例１〜１０）については、プラズマ整流リングとして用いた場合、パーティクルの発生が抑制され、被処理ウェーハから作製されたチップの歩留まりが９０％以上と高いことが認められた。